Organic-polymeric radial flow biorreactor for liver models

Abstract

An artificial liver support system is based on the functional hepatocytes being cultured inside a bioreactor; this technique has being used as an effective therapy for treating chronic liver diseases in recent times. This work evaluates different parameters such as cell viability and metabolic function of the hepatocytes when cultured on a hybrid scaffold. The scaffold was built using a polypyrrole plasma coated polymer layer seeded with endothelial matrix for efficient three-dimensional hepatocyte growth within a radial flow bioreactor. The flow rate inside the bioreactor was 7 ml / min. The parts for the bioreactor where either built using food-grade steel and/or glass or the scaffolds comprise a Poly (L-lactic acid)-coated polypyrrole iodine layer or not for HepG2 culture. The results show that the Poly (L-lactic acid)-coated scaffolds increased cell proliferation by 30%, protein production by 16% and albumin secretion by 40% compared with the non-coated scaffold. All experiments were performed thrice and data was analysed by ANOVA and Tukey statistic models with a p<0.05. The obtained results demonstrated that radial flow bioreactors in conjunction with hybrid scaffolds improve hepatocytes' physiological and functional properties and could be used as an alternative therapy for patients with liver diseases.Keywords: hepatocytes, glow discharge polymerization, polypyrrole, PLLA, HUVEC, biorreactor. Correspondencia:Odin Ramírez-Fernández 166 Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica · volumen 37 · número 3 · Sep-Dic, 2016 RESUMENUn sistema de soporte hepático artificial se basa en utilizar hepatocitos funcionales cultivados en un biorreactor; esta técnica ha demostrado que se puede utilizar como una terapia eficaz para el tratamiento de enfermedades crónicas del hígado en los últimos tiempos. Este trabajo evalúa diferentes parámetros tales como la viabilidad celular y la función metabólica de los hepatocitos cuando se cultivan en un andamio híbrido. El andamio fue construido usando una capa de polímero recubierto de polipirrol plasma, se sembró con un cultivo tridimensional de células endoteliales y de hepatocitos dentro de un biorreactor de flujo radial. La velocidad de flujo en el interior del biorreactor fue de 7 ml / min. Las piezas para el biorreactor fueron construidas con acero de calidad alimentaria y / o vidrio. Los andamios control fueron de ácido L-poliláctico y a estos se les agrego un revestimiento de polipirrol-yodo para el cultivo de HepG2. Los resultados muestran que el ácido L-poliláctico recubierto, aumento la proliferación celular en un 30%, la producción de proteínas en un 16% y la secreción de albúmina por 40% en comparación con el andamio no recubierto. Todos los experimentos se llevaron a cabo tres veces y los datos se analizaron mediante modelos estadísticos ANOVA y Tukey con una p <0.05. Los resultados obtenidos demostraron que los biorreactores de flujo radial conjuntamente con andamios híbridos mejoran las propiedades fisiológicas y funcionales hepatocitos y podrían utilizarse ...

Perspectivas de las ecuaciones biocinéticas y balance de materia para un biorreactor de flujo radial de células hepáticas

“…El biorreactor se encarga de crear un sistema biomimético adecuado para el cultivo celular de los hepatocitos y, por tanto, para esta investigación se seleccionó un biorreactor de flujo radial continuo que cuenta con resultados precisos y deseados para la simulación del modelo matemático dinámico y el cual ya ha sido publicado [6] . En el presente estudio no se creó un biorreactor nuevo, sino que los datos empíricos de [6] fueron convertidos en un modelo matemático dinámico con la intención de asegurar los datos de la biomasa, el sustrato y el balance de producto con la finalidad de que se establezca una asociación dinámica, transformando resultados empíricos en ecuaciones biocinéticas y de balance de materia.…”

“…El biorreactor de flujo radial está compuesto por una cámara cilíndrica que fue llenada con un medio de cultivo al 80 % de su capacidad y cuyas células fueron sembradas en los andamios. El biorreactor se colocó dentro de una incubadora estándar (5% CO 2 , 37 °C) [6] .…”

“…El medio de cultivo específico fue utilizado para las células hepáticas y endoteliales en una proporción 50 % -50 % durante los primeros 15 días, abastecido con 10 % de suero fetal bovino para los primeros 8 días del cultivo. La densidad celular, la producción de albúmina y la secreción total de proteínas fueron evaluadas después de 21 días del cultivo [6] .…”

“…Las ecuaciones mostradas representan la diferencia mínima dada a los parámetros iniciales para su aproximación al balance de materia principal y cuyas variables están definidas en la Tabla 1. Se obtuvieron a través de la producción de albúmina y proteínas en un periodo de 21 días, datos recopilados y establecidos por el biorreactor [6] . Se recomienda utilizar datos empíricos y parámetros racionales basados en ecuaciones biológicas que, precisamente, dan información sobre el estudio de las variables que se muestran en la Tabla 2.…”

Design and fabrication of a bioreactor for the proliferation of mesenchymal stem cells

“…The bioreactor is advantageous to the proliferation of the MSCs because it can enhance its development and the cells could pass and circulate through the biomaterials covering the injector during the cell proliferation process, using the suitable biomaterials like sponges, culture forms a well-organized tissue like architecture that resembles organ histology. The cell layers of this architecture adhere to the fibers building a matrix able to form spheroids-shape colonies more efficiently than in a monoculture scaffold [7] .…”